新型好氧堆肥裝置的設(shè)計(jì)

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新型好氧堆肥裝置的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 16-1 指導(dǎo)老師 日 期 2016.06 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)前 言新型好氧堆肥裝置是一種實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)有機(jī)肥的制備技術(shù)，具體是利用作物莖桿等農(nóng)業(yè)廢料堆制農(nóng)業(yè)有機(jī)肥的有機(jī)肥堆肥裝置。該裝置包括有一個(gè)可封閉的容器，在容器內(nèi)分層排布有多根相互連通的布?xì)夤?，布?xì)夤苌吓挪加卸鄠€(gè)排氣孔；布?xì)夤艿目傔M(jìn)氣口與容器外部的進(jìn)排氣管道連接，本實(shí)用新型的裝置其發(fā)酵溫度與氣體可以控制、發(fā)酵速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、可以選擇進(jìn)行進(jìn)行厭氧發(fā)酵與有氧發(fā)酵。利用 ANSYS 軟件對(duì)裝置攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力仿真，計(jì)算出裝置的使用壽命與危險(xiǎn)區(qū)域處于槳葉與攪拌軸的連接處，在實(shí)際加工過程中對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行加固處理，降低危險(xiǎn)區(qū)域。關(guān)鍵詞：好氧堆肥；布?xì)夤?；仿真全套圖紙加 153893706目 錄1 概述 11.1 本課題來源及研究的目的和意義 11.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 12 堆肥裝置的主要結(jié)構(gòu)及工作原理 22.1 堆肥裝置的主要結(jié)構(gòu) 22.2 裝置工作原理 23 新型好氧堆肥裝置的設(shè)計(jì) 33.1 裝置倉體的設(shè)計(jì) 33.2 攪拌軸及攪拌槳的設(shè)計(jì) 33.3 基于有限元對(duì)攪拌軸進(jìn)行仿真分析 44 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 84.1 電動(dòng)機(jī)機(jī)選擇 84.2 電動(dòng)機(jī)支架的設(shè)計(jì) 94.3 減速器的選擇 104.4 減速器支架的設(shè)計(jì) 104.5 帶輪的設(shè)計(jì) 114.6 風(fēng)機(jī)的選擇 134.7 其他零件的選擇 14總結(jié) 15致謝 16參考文獻(xiàn) 17·工程概況本文首先介紹了國內(nèi)外堆肥技術(shù)的現(xiàn)狀及所需解決的問題，描述了新型好氧堆肥的生化反應(yīng)機(jī)理，將堆肥過程所需的外部條件都說明了一下。隨后，就新型好氧堆肥的工作原理，基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解。重點(diǎn)講述的是新型好氧堆肥裝置的反應(yīng)倉體機(jī)架的設(shè)計(jì)和攪拌軸槳葉的設(shè)計(jì)計(jì)算和有限元仿真分析，其次就是大小帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇?！? 概述1.1 本課題來源及研究的目的和意義隨著城市人口急劇增加，中國每年有大量的有機(jī)固體廢棄物產(chǎn)生，主要種類包括畜禽糞便、作物秸稈、污泥和城市垃圾等。這些有機(jī)固體廢棄物很大一部分沒有得到妥善處理，對(duì)中國城鄉(xiāng)環(huán)境正形成巨大的壓力。而近年來，各地環(huán)境日趨嚴(yán)峻，這些廢棄物的處理問題越來越引起人們的重視，如何有效的利用這些廢物使之變廢為寶成為現(xiàn)在首要解決的問題。隨之就出現(xiàn)了堆肥技術(shù)。即在受控制條件下， 利用微生物的作用和酶活性加速有機(jī)物的生物降解和轉(zhuǎn)化,最終使有機(jī)物達(dá)到腐熟化和穩(wěn)定化的過程。堆肥一般采用在好氧條件下，利用微生物將污泥中的有機(jī)質(zhì)分解、轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)的過程，并殺滅其中的病原微生物和寄生蟲。堆肥過程不僅可以減少有機(jī)固體廢棄物的體積、重量、臭味, 殺滅病原菌、蟲卵、植物種子等，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì) [2]。生產(chǎn)出來的堆肥品， 可以作為土壤調(diào)理劑和植物營養(yǎng)源,，能有效地改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，是一種無害化、減量化和穩(wěn)定化的綜合處理技術(shù)。好氧堆肥是實(shí)現(xiàn)城市污泥無害化、減量化和資源化的有效方法，處理后的污泥垃圾進(jìn)行土地利用是很有前景的一種處理方式 [1]。1.2 本課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析目前，堆肥處理存在很多問題，主要包括：調(diào)理劑添加過多、堆肥效率低、能耗較大、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、污泥堆肥施用量確定不科學(xué)等 [1]。在中國,囿于當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀,高度機(jī)械化、自動(dòng)化的堆肥設(shè)備成本太高,不符合中國的國情。所以要在中國發(fā)展堆肥產(chǎn)業(yè)和堆肥技術(shù),就必須去尋找一個(gè)成本較低、操作方便、維護(hù)性較好、真正適合中國國情的堆肥工藝和技術(shù) [6]。目前國內(nèi)外研究的好氧堆肥裝置大都采用進(jìn)料、攪拌、通氣、出料同時(shí)進(jìn)行的高效發(fā)酵裝置,其核心是好氧發(fā)酵倉。發(fā)酵倉按形狀可分為塔式發(fā)酵設(shè)備、水平式發(fā)酵滾筒、料倉式發(fā)酵裝置、條垛式發(fā)酵設(shè)備、組合型發(fā)酵系統(tǒng)等。但是,高溫好氧堆肥裝置相關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)十分有限。在國外,堆肥技術(shù)正在向著機(jī)械化、自動(dòng)化的方向發(fā)展,而為了防止對(duì)環(huán)境的二次污染,堆肥也趨向于采用密閉的發(fā)酵倉方式 [6]。成熟的技術(shù)堆肥方法主要有 5 種，即定期翻堆條垛式、通風(fēng)靜態(tài)垛式、被動(dòng)通風(fēng)條垛式、反應(yīng)器式和蠕蟲堆肥系統(tǒng) [4]。根據(jù)攪拌過程的不同分槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器、螺桿式攪拌器、圓盤鋸齒式攪拌器等等。目前，國外垃圾堆肥廠數(shù)量總體呈下降趨勢(shì)，但垃圾堆肥技術(shù)的發(fā)展并沒有停頓，應(yīng)用最廣的是機(jī)械生物技術(shù)（MBT)。河北省高碑店市的垃圾處理即采用德國先進(jìn)的 MBT 主體技術(shù)，對(duì)垃圾進(jìn)行機(jī)械分揀、生物處理和后處理，產(chǎn)生生物穩(wěn)定的堆肥產(chǎn)物，設(shè)計(jì)每年可處理城市生活垃圾4 萬余噸 [5]。有關(guān)堆肥技術(shù)的研究目前仍是國內(nèi)外的熱門課題,不斷改進(jìn)堆肥工藝、設(shè)備、降低經(jīng)濟(jì)成本、提高堆肥成品質(zhì)量是研究者們研究的主要方向?！? 堆肥裝置的主要結(jié)構(gòu)及工作原理2.1 堆肥裝置的主要結(jié)構(gòu)堆肥裝置如圖 2-1 主要包括部分、動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分及爆汽、布水和取料等部分。其主要結(jié)構(gòu)有反應(yīng)倉體及機(jī)架、攪拌機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及感應(yīng)裝置。其中倉體的作用是堆肥。堆肥過程中堆體需要一定的濕度、溫度、水和空氣。反應(yīng)釜外形設(shè)置為圓筒形，結(jié)合好氧堆肥工藝對(duì)發(fā)酵倉的具體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，堆肥工藝為強(qiáng)制曝氣有攪拌好氧堆肥，堆肥物料在反應(yīng)釜內(nèi)經(jīng)攪拌槳葉的翻堆，由入料、中溫高溫發(fā)酵后、出料，形成有機(jī)肥料。1.電機(jī)；2.可編程控制器；3.減速器；4.風(fēng)機(jī)；5.倉體；6.攪拌軸；7.槳葉；8.布水孔；9.傳感器；10.出料口；11.皮帶輪；12.聯(lián)軸器；13.軸套；14.進(jìn)料口；15.電滑環(huán)圖 2-1 新型好氧堆肥裝置簡圖2.2 裝置工作原理倉體內(nèi)有攪拌軸及槳葉，溫度和濕度感應(yīng)器分布于槳葉內(nèi)，感應(yīng)堆體溫度及濕度變化并將數(shù)據(jù)傳到倉體外的感應(yīng)裝置，感應(yīng)裝置的核心是可編程控制器（PLC），負(fù)責(zé)接收感應(yīng)器傳出的信號(hào)并且翻譯再將信號(hào)發(fā)給相應(yīng)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再發(fā)出相應(yīng)的指令。傳動(dòng)系統(tǒng)由攪拌軸、減速器、帶輪和電機(jī)構(gòu)成。攪拌軸裝在倉體內(nèi)部，主要作用是攪拌，在堆肥過程中，堆肥化過程常分為兩個(gè)階段，第一階段是高速階段,第二階段是熟化階段。高速階段的特征是耗氧速率高、溫度高、揮發(fā)性有機(jī)物降解速率高和很濃的臭味，所以在這個(gè)階段需要經(jīng)常攪拌保證堆體有充足的氧氣進(jìn)行生化反應(yīng)，同時(shí)散去過高的溫度，讓堆體的壞境有利于好氧菌的生存和發(fā)酵。熟化階段的特征則是溫度低、耗氧速率低和很淡的臭味，這時(shí)候就可以減少攪拌次數(shù)，以免造成溫度過低也不利于好氧菌的發(fā)酵和生存。為了保證堆體各部分發(fā)酵的均勻性，需要定期對(duì)堆體進(jìn)行攪拌，在攪拌的同時(shí)還要布水，布·水孔就分布在攪拌軸上的槳葉內(nèi)，一邊攪拌一邊布水。倉體外部有機(jī)架，用來放置減速器、電機(jī) 及其他零部件。動(dòng)力裝置是電機(jī)，電機(jī)與減速器之間用皮帶傳動(dòng)，減速器的輸出軸端與攪拌軸相連。3 新型好氧堆肥裝置的設(shè)計(jì)3.1 裝置倉體的設(shè)計(jì)堆肥裝置倉體如圖 3-1 采用過共晶白口鐵組成，桶底直徑約 500mm 左右，桶頂上沿部分開有入料口，底面部分設(shè)有出料口，物料填充率為 80%，有效容積為 45L 左右，攪拌軸轉(zhuǎn)速為2r/min，桶外壁可附裝聚異丙烯保溫層，厚度為 100mm，能實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下的溫度保持。桶內(nèi)攪拌軸槳葉采用鍍鋅四分管，具有較好的抗腐蝕性，管內(nèi)設(shè)有向下曝氣孔與溫度傳感器。槳葉與空心軸通過四通接口進(jìn)行螺紋鉸接，空心攪拌軸下方通過電滑環(huán)與筒體相連，電滑環(huán)負(fù)責(zé)對(duì)溫度傳感器與 PLC 之間的信息交互。曝氣裝置采用風(fēng)機(jī)通過套筒與空心攪拌軸進(jìn)行連接，密封軸承過盈配合在套筒與軸之間，軸上設(shè)有氣孔，風(fēng)機(jī)氣體通過氣孔進(jìn)行曝氣。連接電機(jī)與空心軸的減速機(jī)選用 1：80 蝸輪減速機(jī)。溫度傳感器將信號(hào)通過電滑環(huán)傳至 PLC 中，PLC 將信號(hào)進(jìn)行處理，控制電機(jī)與風(fēng)機(jī)的啟停，風(fēng)機(jī)通過空心軸將氣體從槳葉下方的曝氣孔排出，進(jìn)行內(nèi)部曝氣，電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)進(jìn)行攪拌操作。倉體上方焊接有機(jī)架，用于組裝減速器，電動(dòng)機(jī)。圖 3-1 倉體在倉體的上下兩端分別開有兩個(gè)直徑 60mm 的孔，用于安裝軸承，下端機(jī)架用于安裝減速器和電動(dòng)機(jī)。3.2 攪拌軸及攪拌槳的設(shè)計(jì)攪拌軸設(shè)計(jì)如圖 3-2 為空心軸，軸內(nèi)需要安裝傳感器，將堆體的溫度濕度傳到控制系統(tǒng)。·空心攪拌主軸上連接有空心槳葉，空心槳葉兩兩間隔 90°，分上下兩層，兩層之間設(shè)有中部測(cè)溫裝置，槳葉下端設(shè)有曝氣孔，漿內(nèi)可設(shè)置傳感器。槳葉材質(zhì)選用自來水供給管道所用的鍍鋅四分管，其表面光滑，便于攪拌。攪拌器的主要作用為在堆肥的過程中進(jìn)行物料翻堆和物料的混合均勻。在好氧堆肥化進(jìn)程中,對(duì)堆體物料的翻堆，不僅有助于堆體物料氧氣通透均勻，而且有助于中間局部高溫降溫。攪拌裝置的合理設(shè)計(jì)可有助于堆肥順利進(jìn)行。攪拌形式的確定根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求，初步設(shè)定攪拌器為兩層攪拌，攪拌器直徑 D 取標(biāo)準(zhǔn)值,即攪拌容器直徑的三分之一：D= 500mm/3≈167mm ， 底間距與攪拌容器內(nèi)徑比值一般在 0. 05～ 0. 3 范圍內(nèi)選取即攪拌軸距堆肥倉體的底高度有：C=(0. 05～ 0. 3)D= 0. 1～ 0. 6m?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中容器底部將會(huì)有 0. 3m 厚的沉積物,C 值不能太??； C 值太大攪拌效果不足,結(jié)合實(shí)際情況取C= 50mm 對(duì)于雙層攪拌器,攪拌器層間距 Sp=(0. 5～ 2)D= 取 Sp= 220mm。在攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)中，采用懸臂軸結(jié)構(gòu),以解決在采用底軸承和中間軸承結(jié)構(gòu)時(shí)帶來的安裝檢修困難、對(duì)中麻煩、在有磨損性顆粒物料時(shí)造成軸承磨損、堵住咬死等問題。國內(nèi)外攪拌設(shè)備也大量采用這種結(jié)構(gòu) [3]。圖 3-2 攪拌軸及槳葉3.3 基于有限元對(duì)攪拌軸進(jìn)行仿真分析（1)有限元概述達(dá)朗貝爾原理指出，對(duì)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的非平衡質(zhì)點(diǎn)系，如果在每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上加上慣性力，則該質(zhì)點(diǎn)系所受到的所有主動(dòng)力、約束力和慣性力組成平衡系統(tǒng)。其中，所加的慣性力與質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的加速度成正比，其方向與加速度方向相反。達(dá)朗貝爾原理提出了解決質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)問題的一個(gè)方法，對(duì)結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)恿W(xué)分析，也應(yīng)用達(dá)朗貝爾原理建立基本方程?！び邢拊ㄊ且环N適用性很強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算方法，可用于求解多種類型的代數(shù)方程組或常微分方程。有限元法是隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而迅速發(fā)展起來的。有限元法的具體做法是，先將整體假想的劃分成多個(gè)小單元，各單元通過節(jié)點(diǎn)連在一起每個(gè)單元都用節(jié)點(diǎn)未知量通過插值函數(shù)來近似得表示單元內(nèi)部的各種物理量，并使其在單元內(nèi)部滿足該問題的控制方程，從而可將各單元對(duì)整體的影響通過單元的節(jié)點(diǎn)傳遞；然后再將這些單元組裝成一個(gè)整體，并使他們滿足整個(gè)物體的邊界條件和連續(xù)條件，得到一組有關(guān)節(jié)點(diǎn)未知量的聯(lián)立方程，解出方程后，再用插值函數(shù)和有關(guān)公式就可以求得物體內(nèi)部各點(diǎn)所要求的各種物理量。與傳統(tǒng)方法相比，有限元法不受物體幾何形狀限制，適應(yīng)各種各樣的工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜集合形狀，能處理許多物體內(nèi)部帶有間斷性的復(fù)雜問題，還可以適應(yīng)不連續(xù)的邊界條件和載荷條件。由于有限元分析的各個(gè)步驟可以表示成規(guī)范化的矩陣形式，最后導(dǎo)致求解方程可以統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)的矩陣代數(shù)問題，所以特別適用計(jì)算機(jī)的編程和執(zhí)行。（2）結(jié)構(gòu)裝置有限元分析利用有限元軟件 ANSYS 分析攪拌裝置主要分前處理、求解計(jì)算、后處理三大部分。前處理的任務(wù)是建立結(jié)構(gòu)的幾何模型，通過對(duì)幾何模型劃分單元實(shí)現(xiàn)從幾何模型到有限元模型的轉(zhuǎn)換，如圖 3-3 將攪拌軸的幾何模型通過單元?jiǎng)澐洲D(zhuǎn)換成有限元模型。圖 3-3 攪拌軸單元化前處理后是求解計(jì)算部分，動(dòng)力學(xué)可以進(jìn)行模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析等。同時(shí)該部分需要設(shè)置的參數(shù)等與靜力學(xué)有著較大的差異，特別是有關(guān)頻率、載荷時(shí)間等。在求解計(jì)算過程中結(jié)構(gòu)失效最常見的原因是疲勞，為了在設(shè)計(jì)階段預(yù)先研究零件的預(yù)期疲勞程度，通過靜疲勞理論和震動(dòng)疲勞理論進(jìn)行分析?！嚢栎S在堆體受力情況經(jīng)測(cè)量如表 3-1 所示：表 3-1 攪拌軸在堆體內(nèi)受力情況（3）靜疲勞理論材料力學(xué)是根據(jù)靜力實(shí)驗(yàn)來確定材料的力學(xué)性能，（比如彈性極限，屈服極限，強(qiáng)度極限）的，這些力學(xué)性能沒有充分反映材料在交變應(yīng)力作用下的特性。因此在交變載荷作用下工作的零件或結(jié)構(gòu)，如果還是按靜載荷設(shè)計(jì)，在使用過程中往往就會(huì)發(fā)生突如其來的破壞。靜疲勞破壞與傳統(tǒng)的靜力破壞有許多本質(zhì)區(qū)別。靜力破壞是一次最大載荷作用下的破壞：疲勞破壞是多次反復(fù)載荷作用下的破壞，他不是短期發(fā)生的，而是要經(jīng)歷一定的時(shí)間，甚至長時(shí)間才會(huì)發(fā)生破壞。當(dāng)屈服極限大于靜應(yīng)力，或者強(qiáng)度極限大于靜應(yīng)力時(shí)，靜力破壞不會(huì)發(fā)生；靜強(qiáng)度極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交變應(yīng)力，或者屈服極限大于變應(yīng)力是才會(huì)發(fā)生疲勞破壞靜應(yīng)力在產(chǎn)生的時(shí)候有明顯的塑性的變形產(chǎn)生，例如：疲勞破壞的隱蔽性通常處于事先不易察覺的非宏觀的不顯著塑性變形區(qū)域，所以靜力破壞具有巨大的危險(xiǎn)性。結(jié)構(gòu)所受到的動(dòng)態(tài)交變載荷的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)本身具有的固定頻率相近或者相同，從而使結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象，只有共振區(qū)域內(nèi)或者附近的所收到的共振疲勞稱為振動(dòng)疲勞破壞。疲勞壽命是結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞破壞強(qiáng)度抵抗能力的表示，同靜力載荷一次作用逐級(jí)上升不同，疲勞載荷引發(fā)的疲勞應(yīng)力是方向不定的，次數(shù)變化的循環(huán)應(yīng)力。結(jié)構(gòu)在疲勞應(yīng)力的作用下不斷磨損，產(chǎn)生裂紋與損傷，所承受的應(yīng)力次數(shù) n 為結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。求解的過程中，ANSYS 默認(rèn)的類型是靜力學(xué)求解，根據(jù)表 3-1 定義載荷，然后求解。（4）后處理在后處理部分大多數(shù)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的處理和顯示需要在時(shí)間歷程處理器里完成。通過動(dòng)力學(xué)分析，可以得到節(jié)點(diǎn)的位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等參量的時(shí)間函數(shù)，也可以得到節(jié)點(diǎn)的頻率響應(yīng)函數(shù)，還可以進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)計(jì)算得到新函數(shù)。通過前期設(shè)定的參數(shù)對(duì)裝置進(jìn)行求解，得攪拌軸帶槳葉的應(yīng)力分析云圖如圖 3-4 和應(yīng)變分析云圖如圖 3-5 和攪拌軸總變形分析云圖如圖 3-6。 序 號(hào) 深度 10cm 深度 20cm 深度 30cmG(N)平均值F(N)平均值1234512312.514.513.5151313.79.5999.1728.51724232525.1312131513.33454238374040.425262625.67·圖 3-4 攪拌軸帶槳葉的應(yīng)力分析云圖圖 3-5 攪拌軸帶槳葉的應(yīng)變分析云圖圖 3-6 攪拌軸帶槳葉總變形分析云圖·由總云圖可以看出槳葉的形變與初始狀態(tài)相比，向下彎曲了 0.00054035mm，且形變量隨著與攪拌軸的距離的增加而增加，但是攪拌軸的形變處于設(shè)計(jì)安全范圍之內(nèi)。（5）危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)防與處理空心攪拌軸與空心槳葉施加載荷的作用下 2.3851e-5mm 的形變，大小可以忽略不計(jì)，材料連接完全滿足堆肥需要，應(yīng)力分析云圖中槳葉與軸的連接部分至其向外延伸 25mm 處，應(yīng)力變化明顯，這一區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變也較為顯著，參考平均應(yīng)力修正理論，在槳葉與軸連接部位進(jìn)行加厚加固處理能提高安全系數(shù)并增加使用壽命，原始機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)。危險(xiǎn)區(qū)域經(jīng)過處理應(yīng)力形變下降了 50%，處理后裝置總變形分析云圖如圖 3-7。槳葉末端與攪拌軸的連接處增加抗疲勞處理后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)同樣滿足堆肥裝置攪拌強(qiáng)度要求，原始機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)。圖 3-7 處理后裝置總變形分布云圖4 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)機(jī)選擇根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8~0.9。過大的備用功率回事電機(jī)效率降低，對(duì)于感應(yīng)電機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)強(qiáng)度的生產(chǎn)機(jī)械造價(jià)提高。根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因數(shù)的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。·除此之外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、以及價(jià)格、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過程中前后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。選擇符合該裝置要求規(guī)格、功能完備的電動(dòng)機(jī)是提高裝置的可靠性與經(jīng)濟(jì)效益的重要因素， 根據(jù)槳型和裝置特性,確定各層槳功率準(zhǔn)數(shù),再用各層槳功率準(zhǔn)數(shù)、槳徑、轉(zhuǎn)速及物料密度計(jì)算各層槳軸功率,計(jì)算各層槳軸功率之和,同時(shí)將傳動(dòng)系統(tǒng)效率、電機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)考慮在內(nèi),即可確定攪拌裝置電機(jī)功率。課題所設(shè)計(jì)的攪拌軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為 2r/min，取減速器的傳動(dòng)比為 i 減 =80，帶輪的傳動(dòng)比為 i 帶=4，得出電機(jī)轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速為 940r/min，根據(jù)攪拌軸在堆體的受力情況如表 4-1表 4-1 攪拌軸在堆體的受力情況深度(N) 重力（N） 摩擦力（N）20040060024.567.62110.8810.325.759.8因?yàn)閿嚢栎S的摩擦力和重力都需要消耗功率，由上表數(shù)據(jù)得，在扭轉(zhuǎn)過程中 T=M， 而攪拌軸的 M=F R (4-1) ?G=mg (4-2)由此求得攪拌軸整體轉(zhuǎn)動(dòng)所需的扭矩為 22N·m，(4-3)minrkwP954?得電機(jī)的功率為 2.17kw，故選擇同步轉(zhuǎn)速為 1000 ，額定功率為 2.2kw 的電動(dòng)機(jī)。4.2 電動(dòng)機(jī)支架的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)選型后安裝在堆肥倉機(jī)架上時(shí)需要專門的支架如圖 4-1（a）、（b），然后再用用螺栓固定。圖 4-1 （a） 圖 4-1(b) 圖 4-1 電機(jī)支架圖·4.3 減速器的選擇根據(jù)減速器的傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為五大類：齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星齒輪減速器、擺線齒輪減速器、諧波齒輪減速器。減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的傳動(dòng)部件之一，主要用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩在標(biāo)準(zhǔn)系列化的減速器中，規(guī)定了主要的尺寸、參數(shù)值和適用條件，我們可根據(jù)減速器工作條件和參數(shù)進(jìn)行選擇，絕大部分情況下可不必自行設(shè)計(jì)，從而大大減少了制造周期和成本，且提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。選用減速器時(shí)應(yīng)從工作機(jī)的選用條件動(dòng)力機(jī)的性能，技術(shù)參數(shù)以及經(jīng)濟(jì)性因素等方面考慮；比較不同類型、品種的減速器外型尺寸，承載能力，減速比，傳動(dòng)效率，價(jià)格等參數(shù)隸屬用戶需求的程度，進(jìn)而選擇較為合適的減速器型號(hào)。 減速器型號(hào)，通常情況這個(gè)過程依靠人為的查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)先初選減速器型號(hào)，然后驗(yàn)算選取的減速器的型號(hào)是否符合初選要求。按減速機(jī)輸出軸傳遞功率和轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算減速機(jī)輸出軸扭矩，按攪拌軸、攪拌槳自重及攪拌軸所受偏心力，計(jì)算減速機(jī)輸出軸軸向力、徑向力，由上述兩項(xiàng)結(jié)果選擇減速機(jī)。由整體裝置可知所選減速器應(yīng)具有較大的減速比，所以選擇蝸輪蝸桿減速器。4.4 減速器支架的設(shè)計(jì)減速器選型后安裝在堆肥倉機(jī)架上時(shí)需要專門的支架，用螺栓固定。由于減速器輸出軸需要與攪拌軸鏈接，減速器的尺寸過小，所以在減速器與支架的中間需要加一塊墊板，然后再用螺栓固定。減速器支架與墊板如圖 4-2、圖 4-3。圖 4-2 減速器支架圖·圖 4-3 墊板圖4.5 帶輪的設(shè)計(jì)已知裝置電機(jī)功率為 ，轉(zhuǎn)速 ，傳動(dòng)比 ，每天工作小于 8 小kWP2.?min/9401rn?4?i時(shí)。（1）確定計(jì)算功率 P ca由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-8 查的工作情況系數(shù) ，故1.AK(4-4)kWPca 42???（2）選擇 V 帶的帶型根據(jù) 、 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版圖 8-11 選用 Z 型。kWPca4.?min/9401rn?（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗(yàn)算帶速dv初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-7 和表 8-9，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑1。md71?驗(yàn)算帶速 ，按式 π 驗(yàn)算帶的速度v061??ndπ= (4-5)106??ndvsm/49.3計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑(4-6)12di得大帶輪的直徑為 ，取標(biāo)準(zhǔn)值為m980（4）確定 V 帶的中心距 和基準(zhǔn)長度adL根據(jù)式 (4-7))(27.021021dda???）（初定中心距 。20計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度·(4-8)0212104)()(π2addaLd ???????mm763257-5?????????選帶的基準(zhǔn)長度 。Ld70?計(jì)算實(shí)際中心距 。a(4-9)200dLa????（5）計(jì)算帶的根數(shù) 。z計(jì)算單根 V 帶的額定功率 。rP由 和 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-4 得 。md71?in/9401n kWP91.0?根據(jù) ， 和 Z 型帶，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版表 8-5 得 。查《機(jī)械設(shè)i/9401rn ?計(jì)》第九版表 8-6 得 ，表 8-2 得 ，于是8.?K9.0?LK(4-10)LrP????)(得 kWPr91.0?計(jì)算 V 帶的根數(shù) 。z(4-11)6.291.04?rcaPz取 3 根。（6）計(jì)算單根 V 帶的初拉力 0F已知 Z 型帶的單位質(zhì)量 ，所以mkgq/6.?(4-12)??205.2qvzKPca???得 NF180?（7）計(jì)算壓軸力 PF(4-13)2sin10zFP?得 NF109?所以選用 Z 型普通 V 帶 3 根，帶基準(zhǔn)長度 700mm。帶輪基準(zhǔn)直徑 ，md71?，中心距控制在 。單根帶初拉力 。md2 ma241~5.09?NF80大帶輪和小帶輪的三維效果如圖 4-4 和 4-5。·圖 4-4 小帶輪圖 4-5 大帶輪4.6 風(fēng)機(jī)的選擇在堆肥過程中,通風(fēng)的作用有一供氧。通風(fēng)可以為好氧微生物的活動(dòng)提供足夠的氧氣，同時(shí)將積累在堆體中由于微生物呼吸作用釋放的二氧化碳吹出。濕的堆肥容易產(chǎn)生臭氣、滲濾液,招引蒼蠅,增加運(yùn)費(fèi)。所以，干化是堆肥化過程取得的重要收益。為了滿足微生物種群的最適宜溫度范圍，控制過高溫度時(shí)，常需要增加空氣供應(yīng)以去除熱量，達(dá)到調(diào)節(jié)堆體溫度的目的。此外，通風(fēng)狀況會(huì)影響物料中氮的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響到氮損失、空氣污染等。含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與氧氣有著密切的關(guān)系，適宜的通風(fēng)供氧可以降低氮素?fù)p失和惡臭產(chǎn)生。堆肥的通風(fēng)方式可分為自然通風(fēng)、翻堆、被動(dòng)通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)等。 風(fēng)機(jī)按工作壓力大小分類有風(fēng)扇標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)額定壓力范圍 此風(fēng)機(jī)無機(jī)殼，又稱自由風(fēng)扇，常用于建筑paP98?物的通風(fēng)換氣。（1）通風(fēng)機(jī) 在設(shè)計(jì)條件下，額定壓力范圍為 。通風(fēng)機(jī)是應(yīng)用最為paP1470?廣泛的風(fēng)機(jī)?？諝馕廴局卫怼⑼L(fēng)、空調(diào)等工程大多采用此類風(fēng)機(jī)。（2）鼓風(fēng)機(jī) 工作壓力范圍為 。壓力較高，是污水處理曝氣工pa9621470?·藝中常用的設(shè)備。（3）壓縮機(jī) 工作壓力范圍為 ，或氣體壓縮比大于 3.5 的風(fēng)機(jī)，如常用的paP19620?空氣壓縮機(jī)。所以堆肥裝置選擇的風(fēng)機(jī)是鼓風(fēng)機(jī)。